CN108057955B - 镀锌钢板的激光接合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制气孔的产生、抑制将层叠的镀锌钢板沿层叠方向贯通的贯通孔的产生、且将接合所需的激光照射的能量抑制得较少的镀锌钢板的激光接合方法。镀锌钢板的激光接合方法在激光照射工序中，通过激光照射将镀锌钢板(P)的表面的镀锌层(PL)去除，且使去除镀锌层(PL)后的镀锌钢板(P)彼此的表面熔融，在辊压接工序中，通过在熔融的镀锌钢板(P)的表面彼此抵接的状态下利用辊(21、22)将钢板(P)彼此压接，来将镀锌钢板(P)彼此接合。

Description

镀锌钢板的激光接合方法
技术领域
本发明涉及镀锌钢板的激光接合方法。
背景技术
以往，已知有将钢板彼此激光接合的方法。在该方法中，例如将钢板彼此重合而构成对合面，并通过激光照射将钢板彼此接合(例如，参照专利文献1、专利文献2、专利文献3)。另外，已知有对以层叠的方式重叠的镀锌钢板彼此沿层叠方向进行激光照射来进行接合的方法(例如参照专利文献1、专利文献3)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭61-193792号公报
专利文献2：日本特开昭63-63586号公报
专利文献3：日本特开2011-115836号公报
发明要解决的课题
如上述专利文献3所记载的那样，在对层叠的镀锌钢板彼此沿层叠方向进行激光照射来进行接合的情况下，需要熔融至不对钢板彼此的接合有贡献的钢板的部分，从而会必要以上地浪费激光照射的能量。
具体而言，镀锌钢板彼此以相互层叠的方式重合，激光朝向该层叠方向照射而将镀锌钢板彼此接合，因此位于激光的照射方向上的上游侧的上侧的镀锌钢通过激光而熔融至贯通。然后，该熔融的部分与位于激光的照射方向上的下游侧的镀锌钢的熔融的部分接合。因此，本来仅在接合的部分使镀锌钢熔融即可，但实际上需要使位于激光的照射方向上的上游侧的上侧的镀锌钢如上述那样熔融至贯通的激光照射的能量。
另外，如上述专利文献3所记载的那样，在通过激光照射将镀锌钢板彼此接合的情况下，因激光照射，镀锌气化而成为蒸气。其结果是，无法充分抑制在钢板彼此接合的部分产生球状的孔即气孔的情况。另外，难以可靠地抑制如下情况：层叠的两张镀锌钢板因被激光照射而熔融并脱落，从而形成沿层叠方向贯通的贯通孔。另外，在上述专利文献1、2中，不存在关于镀锌的记载，且不存在关于上述气孔的产生的对策的记载。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够抑制气孔的产生、抑制将层叠的镀锌钢板沿层叠方向贯通的贯通孔的产生、且将接合所需的激光照射的能量抑制得较少的镀锌钢板的激光接合方法。
用于解决课题的方案
为了达到上述目的，本发明提供一种镀锌钢板的激光接合方法，通过向表面由锌覆盖的镀锌钢板(例如后述的板材P)彼此的对合面(例如后述的对合面A)进行激光照射的激光照射工序，来使所述镀锌钢板彼此的对合面熔融，在辊压接工序中利用辊(例如后述的压接辊20)将所述镀锌钢板彼此压接而进行接合，其中，在所述激光照射工序中，通过所述激光照射将所述镀锌钢板的表面的镀锌层(例如后述的镀锌层PL)去除，并使去除所述镀锌层后的所述镀锌钢板彼此的表面熔融，在所述辊压接工序中，通过在熔融的所述镀锌钢板的表面彼此抵接的状态下利用所述辊将钢板彼此压接，来将所述镀锌钢板彼此接合。
根据本发明，能够通过激光照射使镀锌层气化，并一边使气化的锌向镀锌钢板的外部逃散一边进行镀锌钢板的接合，因此能够抑制气化的锌引起的气孔的产生。另外，由于仅使接合所需的钢板的部分熔融，因此能够将接合所需的激光照射的能量抑制得较少。由此，不使接合不需要的钢板的部分熔融即可。其结果是，能够抑制将层叠而重叠的两张镀锌钢板沿层叠方向贯通的贯通孔(钢板的熔融的脱落引起的贯通孔)的产生。
并且，在所述激光照射工序中，所述激光照射中的激光的焦点(例如后述的焦点F)被设定于所述镀锌钢板彼此即将压接的位置。因此，能够在由辊进行的加压之前去除镀锌层，且能够可靠地抑制气孔的产生。
并且，在所述激光照射工序中，在通过所述激光照射将所述镀锌钢板的第一区域(例如后述的第一区域R1)中的所述镀锌层去除之后，通过所述激光照射使第二区域(例如后述的第二区域R2)中的所述镀锌钢板的钢材熔融，所述第二区域在所述第一区域内且比所述第一区域窄。因此，能够将镀锌层较宽地去除而更可靠地抑制气孔的产生。
并且，在所述辊压接工序中，利用通过所述激光照射而熔融的所述镀锌钢板的钢材覆盖所述第一区域。因此，在接合的两张镀锌钢板之间，由钢材填满镀锌层被去除而产生的空间，由此能够提高接合强度。另外，通过对该空间进行填埋，能够防止水、尘埃等的侵入。
并且，在所述激光照射工序中，提高所述激光照射中的激光的中心侧(例如后述的中心侧S)的输出并减弱周边侧(例如后述的周边侧W)的输出来进行所述激光照射。因此，通过减弱激光的周边侧的输出，能够仅将沸点低的镀锌层较宽地去除，且在输出强的中心侧使去除镀锌后的钢材的表面熔融。
并且，将存在板厚差的镀锌钢板彼此接合。因此，能够接合存在板厚差的镀锌钢板。
另外，相对于一镀锌钢板(例如后述的第一板材P21)的表面接合另一镀锌钢板(例如后述的第二板材P22)的端缘部(例如后述的端缘部E)。因此，能够将两张镀锌钢板例如呈T字接合。
发明效果
根据本发明，可提供一种能够抑制气孔的产生、抑制将层叠的镀锌钢板沿层叠方向贯通的贯通孔的产生、且将接合所需的激光照射的能量抑制得较少的镀锌钢板的激光接合方法。
附图说明
图1是表示实施本发明的第一实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光接合装置的示意图。
图2是表示在本发明的第一实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光照射工序中向对合面进行激光照射的情形的示意图。
图3A是表示本发明的第一实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光照射工序中的相对于激光照射的光点宽度的能量的曲线图。
图3B是表示在本发明的第一实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光照射工序中被进行激光照射的第一区域及第二区域的示意图。
图4是表示在本发明的第二实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光照射工序中向对合面进行激光照射的情形的示意图。
图5是表示在本发明的第三实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光照射工序中向配置成T字状的镀锌钢板的对合面进行激光照射的情形的示意图。
符号说明：
20…压接辊(辊)
A…对合面
E…端缘部
F…焦点
M…熔融的所述镀锌钢板
PL…镀锌层
P…板材(镀锌钢板)
R1…第一区域
R2…第二区域
S…中心侧
W…周边侧
具体实施方式
参照附图来详细说明本发明的第一实施方式。镀锌钢板的激光接合方法为了将两张镀锌钢板接合来制造车辆的车门的内侧的面板而实施。
图1是表示实施本发明的第一实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光接合装置1的示意图。图2是表示在本发明的第一实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光照射工序中向对合面A进行激光照射的情形的示意图。图3A是表示本发明的第一实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光照射工序中的相对于激光照射的光点宽度的能量的曲线图。图3B是表示在本发明的第一实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光照射工序中被进行激光照射的第一区域R1及第二区域R2的示意图。
首先，说明用于实施镀锌钢板的激光接合方法的激光接合装置1。
如图1所示，激光接合装置1具有展卷机10、未图示的引导辊、压接辊20、激光照射部30、剪断机40以及堆垛台50。
展卷机10设有一对。一对展卷机11、12分别能够使卷绕有同一板厚的镀锌钢板的卷材C成为板材P而送出。未图示的引导辊使从展卷机11、12送出的作为板材P的镀锌钢板平坦地延伸，来进行镀锌钢板的矫直。
压接辊20具有一对辊21、22，这一对辊21、22相邻配置且具有同一半径，一对辊21、22的旋转轴指向与从一对展卷机11、12送出的镀锌钢板的送出方向正交的方向。在压接辊20中，在一对辊21、22之间将从一方的展卷机11、另一方的展卷机12送出的镀锌钢板(板材P)彼此重合并压接。
具体而言，沿着上侧的辊21的周面将来自一方的展卷机11的镀锌钢板(板材P)向辊21、22之间引导，并且沿着下侧的辊22的周面将来自另一方的展卷机12的镀锌钢板(板材P)向辊21、22之间引导。由此，随着向辊21、22之间接近，来自一方的展卷机11的镀锌钢板(板材P)的表面与来自另一方的展卷机12的镀锌钢板(板材P)的表面接近，在辊21、22之间抵接而构成对合面A。
激光照射部30对镀锌钢板(板材P)的表面重合而构成的对合面A进行激光照射。更具体而言，激光照射部30能够朝向从一对展卷机11、12送出的作为板材P的镀锌钢板的表面彼此相互抵接的对合面A照射激光。激光照射部30通过进行激光照射，从而将从一对展卷机11、12分别送出的作为板材P的镀锌钢板的对合面A的附近的第一区域R1(参照图3B)的镀锌层PL去除，并且在第二区域R2中使镀锌钢板的钢材PB熔融，所述第二区域R2在去除镀锌层PL的第一区域R1内且比第一区域R1窄。如图3B所示，第一区域R1和第二区域R2分别具有圆形状，且具有同轴的位置关系。第二区域R2位于第一区域R1的中央部分。
作为激光，例如使用光纤维激光，但不限定于此，例如使用固体激光、液体激光、气体激光、半导体激光、自由电子激光、金属蒸气激光、化学激光、YAG激光、圆盘激光、二氧化碳激光等。
剪断机40具有上刀刃41和下刀刃42，通过上刀刃41和下刀刃42产生的剪切力将接合的两张镀锌钢板同时切断。堆垛台50对由剪断机40切断后的接合的两张镀锌钢板进行堆垛。需要说明的是，也可以代替剪断机40而使用激光进行切断。
接着，说明镀锌钢板的激光接合方法。
镀锌钢板的激光接合方法具有激光照射工序和辊压接工序。通过向表面由锌覆盖的镀锌钢板(板材P)彼此的对合面A进行激光照射的激光照射工序，来使镀锌钢板彼此的对合面A熔融。然后，在辊压接工序中利用辊21、22将镀锌钢板彼此压接而进行接合。
具体而言，首先，进行从一对展卷机11、12分别送出作为板材P的镀锌钢板的工序。送出的镀锌钢板由未图示的引导辊进行矫直，并被向压接辊20的一对辊21、22之间送出。
接着，进行激光照射工序。在激光照射工序中，通过激光照射来去除镀锌钢板的表面的镀锌层PL，并使去除镀锌层PL后的镀锌钢板(钢材PB)彼此的表面熔融。
具体而言，激光照射部30进行的激光照射中的激光的焦点F设定于镀锌钢板彼此即将压接的位置。由此，如图3A所示，激光照射中的激光的中心侧S(参照图3A)的输出(能量)变高，周边侧W的输出变弱。
其结果是，在激光照射中的激光的周边侧W的输出弱的部分，从一对展卷机11、12分别送出的镀锌钢板(板材P)的第一区域R1中的镀锌层PL被去除。然后，通过从一对展卷机11、12分别送出镀锌钢板(板材P)，从而镀锌钢板的第一区域R1到达激光照射中的激光的中心侧S的输出高的部分，该部分使在第一区域R1内且比第一区域R1窄的第二区域R2中的镀锌钢板的钢材PB熔融而形成熔融的钢材M。以上为激光照射工序。
接着，进行辊压接工序。在辊压接工序中，通过在熔融的镀锌钢板的表面彼此抵接的状态下利用辊21、22将钢板彼此压接，来将镀锌钢板彼此接合。
具体而言，利用一对辊21、22压接通过激光照射工序而使对合面A中的第二区域R2熔融的两张镀锌钢板(熔融的钢材M)。由此，熔融的钢材M从第二区域R2流出，覆盖第一区域R1及其周围，使两张镀锌钢板在比第二区域R2大的宽范围接合。以上为辊压接工序。
在上述激光照射工序及辊压接工序中，通过从一对展卷机11、12分别以高速送出镀锌钢板来进行镀锌钢板彼此的接合。
通过辊压接工序接合的两张镀锌钢板之后通过从一对展卷机11、12分别送出镀锌钢板而被向剪断机40送出。然后，通过剪断机40的上刀刃41与下刀刃42产生的剪切力，剪断机40将接合的两张镀锌钢板切断。由剪断机40切断后的接合的两张镀锌钢板之后被向堆垛台50送出，被堆垛于堆垛台50上。
根据本实施方式，能够起到以下效果。
在本实施方式中，镀锌钢板的激光接合方法通过向表面由锌覆盖的镀锌钢板(板材P)彼此的对合面A进行激光照射的激光照射工序，来使镀锌钢板彼此的对合面A熔融，且在辊压接工序中利用辊21、22将镀锌钢板彼此压接而进行接合。
在激光照射工序中，通过激光照射将镀锌钢板的表面的镀锌层PL去除，并使去除镀锌层PL后的镀锌钢板(钢材PB)彼此的表面熔融。在辊压接工序中，通过在熔融的镀锌钢板(熔融的钢材M)的表面彼此抵接的状态下利用辊21、22将钢板彼此压接，来将镀锌钢板彼此接合。
由此，能够通过激光照射使镀锌层PL气化，并一边使气化的锌向镀锌钢板的外部逃散一边进行镀锌钢板的接合，因此能够抑制气化的锌引起的气孔的产生。另外，由于仅使接合所需的钢板的部分熔融，因此能够将接合所需的激光照射的能量抑制得较少。由此，不使接合不需要的钢板的部分熔融即可，因此能够抑制将层叠而重叠的两张镀锌钢板沿层叠方向贯通的贯通孔(钢板的熔融的脱落引起的贯通孔)的产生。
另外，在激光照射工序中，激光照射中的激光的焦点F被设定于镀锌钢板彼此即将压接的位置。由此，能够在由辊21、22进行的加压之前去除镀锌层PL，能够可靠地抑制气孔的产生。
具体而言，对远离对合面A的镀锌钢板的部分进行激光照射中的激光的周边侧W的输出弱的部分的照射，对镀锌钢板的对合面A的部分进行激光照射中的激光的中心侧S的输出高的部分的照射。
因此，通过减弱激光的周边侧W的输出，能够仅将沸点低的镀锌层PL较宽地去除，在输出强的中心侧S使去除镀锌后的钢材PB的表面熔融。即，在利用激光照射中的激光的周边侧W的输出弱的部分将镀锌钢板的第一区域R1中的镀锌层PL去除之后，第一区域R1移动到激光照射中的激光的中心侧S的输出高的部分，能够利用激光照射中的激光的中心侧S的输出高的部分使第二区域R2中的镀锌钢板的钢材PB熔融，所述第二区域R2在第一区域R1内且比第一区域R1窄。由此，能够将镀锌层PL较宽地去除而更可靠地抑制气孔的产生。
另外，在辊压接工序中，利用通过激光照射而熔融的镀锌钢板的钢材M覆盖第一区域R1。由此，在接合的两张镀锌钢板之间，利用熔融的钢材M填满镀锌层PL被去除而产生的空间，从而能够提高接合强度。另外，通过对该空间进行填埋，能够防止水、尘埃等的侵入。
接着，参照附图来详细说明本发明的第二实施方式。
以下，对与上述第一实施方式相同的结构标注相同的符号，并省略其详细的说明。用于实施本实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光接合装置与第一实施方式的激光接合装置1不同点在于，具有一个熔融用激光照射部30和两个镀层去除用激光照射部302这三个激光照射部30。图4是表示在本发明的第二实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光照射工序中向对合面A进行激光照射的情形的示意图。
作为熔融用激光照射部30，使用与第一实施方式的激光照射部30相同的激光照射部30，但在激光照射工序中，由熔融用激光照射部30进行的激光照射中的激光的焦点F1不设定于镀锌钢板彼此即将压接的位置，而设定于镀锌钢板彼此压接的位置即对合面A的位置。作为镀层去除用激光照射部302，使用激光的输出比第一实施方式的激光照射部30的激光的输出小的激光照射部。由镀层去除用激光照射部302进行的激光照射中的激光的焦点F2分别设定于镀锌钢板(板材P)的送出的方向上的镀锌钢板彼此压接的位置(对合面A的位置)的上游侧的位置。
根据上述结构，通过由镀层去除用激光照射部302进行的激光照射来在镀锌钢板的一部分区域中去除镀锌层PL，并通过由熔融用激光照射部30进行的激光照射来使去除镀锌层PL后的钢板(钢材PB)的区域内的一部分区域熔融。
接着，参照附图来详细说明本发明的第三实施方式。
以下，对与上述第一实施方式相同的结构标注相同的符号，并省略其详细的说明。与第一实施方式中的镀锌钢板的激光接合方法不同点在于，在第一实施方式的镀锌钢板的激光接合方法中，以一方的镀锌钢板的下表面与另一方的镀锌钢板的上表面对置的位置关系进行配置而使该下表面与上表面成为对合面A，但本实施方式的对合面A与该结构不同。
图5是表示在本发明的第三实施方式的镀锌钢板的激光接合方法的激光照射工序中向配置成T字状的镀锌钢板的对合面进行激光照射的情形的示意图。
在本实施方式中，一镀锌钢板(第一板材P21)的表面与另一镀锌钢板(第二板材P22)的端缘部E的表面(端面)成为对合面A而相互抵接，并被进行激光照射而接合。由此，能够将两张镀锌钢板如本实施方式这样呈T字接合。
本发明并不限定于上述实施方式，能够达到本发明的目的的范围内的变形、改良等包含于本发明。
例如，在本实施方式中，将具有同一板厚的镀锌钢板接合，但不限定于该结构。例如，也可以将存在板厚差的镀锌钢板彼此接合。由此，能够接合存在板厚差的镀锌钢板。
另外，也可以将不同材料的组合接合，例如将被实施了镀锌的铝板与被实施了镀锌的铁板接合。另外，也可以将铝板与铝板接合。
另外，在本实施方式中，使用了从一对展卷机11、12将卷材C形成为板材P而送出的镀锌钢板，但不限定于来自展卷机的卷材。例如，也可以代替来自展卷机的卷材而使用切割板并将切割板彼此接合。
另外，激光接合方法的激光照射工序、辊压接工序不限定于本实施方式中的激光照射工序、辊压接工序的结构，另外，用于实施激光接合方法的激光接合装置不限定于本实施方式的激光接合装置1。
例如，在辊压接工序中使用的压接辊20不限定于本实施方式中的压接辊20的结构。例如，也可以根据需要而改变辊的直径。即，如前述那样，在本实施方式中，沿着上侧的辊21的周面将来自一方的展卷机11的镀锌钢板(板材P)向辊21、22之间引导，并且沿着下侧的辊22的周面将来自另一方的展卷机12的镀锌钢板(板材P)向辊21、22之间引导。因此，通过改变辊的半径，能够改变沿着一对辊的周面的状态的两张镀锌钢板(板材P)间的距离。因此，例如在镀锌层PL厚等需要更多的激光照射的情况下，或者反之在镀锌层PL薄等使激光照射较少即可的情况下，使用适当直径的辊即可。
另外，将一对辊21、22用作压接辊20，但不限定于该结构。
另外，在本实施方式中，镀锌钢板的激光接合方法为了制造车辆的车门的内侧的面板而实施，但不限定于此。例如，也可以为了制造建筑材料而实施。

Claims (6)

1.一种镀锌钢板的激光接合方法，通过向表面由锌覆盖的镀锌钢板彼此的对合面进行激光照射的激光照射工序，来使所述镀锌钢板彼此的对合面熔融，在辊压接工序中利用辊将所述镀锌钢板彼此压接而进行接合，
所述镀锌钢板的激光接合方法的特征在于，
在所述激光照射工序中，通过所述激光照射将所述镀锌钢板的表面的镀锌层去除，并使去除所述镀锌层后的所述镀锌钢板彼此的表面熔融，
在所述辊压接工序中，通过在熔融的所述镀锌钢板的表面彼此抵接的状态下利用所述辊将钢板彼此压接，来将所述镀锌钢板彼此接合，
在所述激光照射工序中，所述激光照射中的激光的焦点设定于所述镀锌钢板彼此即将压接的位置，且设定于所述镀锌钢板被送出的方向上的比所述辊的上游侧的端部靠上游侧的位置。
2.根据权利要求1所述的镀锌钢板的激光接合方法，其中，
在所述激光照射工序中，在通过所述激光照射将所述镀锌钢板的第一区域中的所述镀锌层去除之后，通过所述激光照射使第二区域中的所述镀锌钢板的钢材熔融，所述第二区域在所述第一区域内且比所述第一区域窄。
3.根据权利要求2所述的镀锌钢板的激光接合方法，其中，
在所述辊压接工序中，利用通过所述激光照射而熔融的所述镀锌钢板的钢材覆盖所述第一区域。
4.根据权利要求1所述的镀锌钢板的激光接合方法，其中，
在所述激光照射工序中，提高所述激光照射中的激光的中心侧的输出并减弱周边侧的输出来进行所述激光照射。
5.根据权利要求1所述的镀锌钢板的激光接合方法，其中，
将存在板厚差的镀锌钢板彼此接合。
6.根据权利要求1所述的镀锌钢板的激光接合方法，其中，
相对于一镀锌钢板的表面接合另一镀锌钢板的端缘部。
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